14. Стандартные электродные потенциалы серебра и никеля равны соответственно + 0,80 В; - 0,23 В. Какой металл является катодом, если цепь гальванического элемента составлена из серебряного и никелевого электродов?
1)никель;
2)серебро;
3)оба металла.
15. Стандартные электродные потенциалы никеля и цинка равны соответственно - 0,23 В; - 0,76 В. Какой металл является источником электронов, если цепь гальванического элемента составлена двумя электродами: никелевым и цинковым?
1)никель;
2)цинк;
3)оба металла.
16.Стандартные электродные потенциалы железа и алюминия равны соответственно - 0,44 В; - 1,66 В. Какой процесс протекает на алюминиевом электроде, если цепь гальванического элемента образована двумя электродами: алюминиевым и железным?
1)окисление;
2)восстановление;
3)окисление и восстановление.
17.Стандартные электродные потенциалы меди и цинка равны соответственно + 0,34 В; - 0,76 В. Гальваническая цепь составлена двумя электродами: цинковым и медным. Какой процесс протекает на медном электроде?
1)окисление;
2)восстановление;
3)оба процесса.
18.Какая токообразующая реакция протекает в данном гальваниче-
ском элементе Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu ?
1)Cu0 + Cu+2 → Zn+2 + Zn0;
2)Cu0 + Zn+2 → Zn0 + Cu+2;
3)Zn0 + Cu+2 → Zn+2 +Cu0;
4)Cu0 + Zn0 → Cu+2 +Zn+2.
46
19.Какая цепь гальванического элемента составлена правильно?
1)Pb | Pb(NO3)2 || Fe | Fe(NO3)2;
2)Fe | Fe(NO3)2 || Pb(NO3)2 | Pb;
3)Pb(NO3)2 | Pb || Fe | Fe(NO3)2.
20.Какая токообразующая реакция протекает в данном гальваниче-
ском элементе Al | Al2(SO4)3 || FeSO4| Fe ?
1)2Al0 + 2Al+3 → 3Fe+2 + 3Fe0;
2)2Al0 + Fe0 → 2Al+3 + 3Fe+2;
3)2Al0 +3Fe+2 → 2Al+3 + 3Fe0.
21.Электродные потенциалы алюминия, цинка и золота равны соответственно - 1,70 В; - 0,76 В; + 1,50 В. Какой металл более активен?
1)золото;
2)алюминий;
3)цинк.
22.Электродные потенциалы магния, цинка и меди равны соответственно - 2,37 В; - 0,76 В; + 0,34 В. Какие металлы могут быть анодами в гальванических элементах?
1)Cu;
2)Zn;
3)Mg;
4)Mg и Zn.
23.Составлена схема гальванического элемента
Mg | MgSO4 || ZnSO4 | Zn. Какой процесс протекает на аноде?
1)Zn0 - 2e- Zn+2;
2)Mg0 - 2e- Mg+2;
3)Mg+2 +2e- Mg0;
4)Zn+2 +2e- Zn0.
24.Какая токообразующая реакция протекает в данном гальваниче-
ском элементе Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu ?
1)Cu + ZnSO4 → CuSO4 + Zn;
2)Zn + Cu → ZnSO4 + CuSO4;
3)Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu.
25.Какой процесс протекает на катоде в данном гальваническом эле-
менте Ni | NiSO4 || CuSO4 | Cu ?
47
1)Cu0- 2e- Cu+2;
2)Cu+2+ 2e- Cu0;
3)Ni0- 2e- Ni+2;
4)Ni+2+ 2e- Ni0.
Ответы на тест:
Номер |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
вопроса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вариант |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
3 |
2 |
3 |
3 |
ответа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
вопроса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вариант |
1 |
1 |
2 |
2 |
1 |
2 |
3 |
2 |
3 |
2 |
4 |
ответа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
23 |
24 |
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
вопроса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вариант |
2 |
3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ответа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЭЛЕКТРОЛИЗ
Электролизом называются окислительно-восстановительные реакции, протекающие на электродах при прохождении постоянного электрического тока через раствор электролита или через его расплав.
Электрод, соединенный с отрицательным полюсом источника тока, называется катодом. На катоде происходит процесс восстановления.
Электрод, соединенный с положительным полюсом источника тока, называется анодом. На аноде происходит процесс окисления.
Таким образом, в процессах электролиза электрическая энергия переходит в химическую энергию. На характер и течение электродных процессов при электролизе большое влияние оказывают: состав электролита, растворитель, материал электродов, режим электролиза (напряжение, плотность тока, температура и др.).
Электролиз может происходить не при любой разности потенциалов (напряжении), а при вполне определенной, называемой потенциалом разложения Еразл. Потенциал разложения – это наименьшее напряжение, при котором начинается электролиз данного соединения.
48
Следует различать электролиз расплавленных электролитов и их растворов (с участием воды).
Электролиз расплава электролитов
В процессе электролиза расплава солей участвуют только ионы этой соли.
Рассмотрим электролиз расплава хлорида натрия NaC1. В расплаве хлорид натрия диссоциирует на катионы натрия и анионы хлора: NaC1 ↔ Na+ + C1-. При пропускании постоянного тока ионы Na+
движутся к катоду, на |
котором происходит их восстановление: |
Na+ + e- → Na0. Ионы C1- |
движутся к аноду, где окисляются до хлора |
C1- - e- →1/2C120 . В результате расплав разлагается на металлический натрий и газообразный хлор.
Рассмотрим электролиз расплава гидроксида натрия NaOH. Гидроксид натрия в расплаве диссоциирует на ионы натрия и гидроксидионы: NaOH ↔ Na+ + OH-. В расплаве ионы Na+ идут к катоду, где выделяется металлический натрий. На аноде происходит окисление
анионов ОН- с образованием воды и кислорода. 4ОН- - 4е- → 2H2 O + O2↑.
При электролизе расплава сульфата натрия Na2SО4 в результате диссоциации образуются катионы натрия и анионы сульфат-ионы: Na2SО4 ↔ 2Na+ + SO42-. На катоде происходит восстановление ионов 2Na+ (как в первых двух случаях), а на аноде происходит окисление
ионов SO42- с образованием оксида серы (VI) SO3 и кислорода: 2SO42- - 4e- → 2SO3↑ + O2↑.
В расплавах при разряжении кислотных остатков кислородосодержащих кислотобразуютсякислороди устойчивыйоксидсоответствующегоэлемента.
Электролиз водного раствора электролита
При электролизе водного раствора электролита присутствуют несколько видов катионов и анионов. Например, в водных растворах солей кроме анионов и катионов электролита всегда имеются молекулы воды.
Так как на катоде идет реакция восстановления, т.е. прием электронов окислителем, то в первую очередь должны реагировать наиболее сильные окислители. Характер катодных реакций при электролизе водных растворов определяется положением катиона в ряду стан-
49
дартных электродных потенциалов. Чем более отрицателен электродный потенциал металла, тем более характерным является ионное состояние его соединений и тем труднее идет восстановление его ионов на катоде. И наоборот, чем положительнее электродный потенциал металла, тем легче идет восстановление его ионов на катоде.
Рассматривая катодное восстановление, нужно учитывать величину потенциала процесса восстановления ионов водорода.
В случае нейтральных растворов [Н+] = 10-7 (рН = 7) электродный потенциал ионов водорода равен - 0,41 В.
φ = φ° + 0,059 lg[H+] = φ° - 0,059 7 = - 0,41 В.
При электролизе водного раствора электролита возможны три вида реакций, протекающих на катоде:
1) электродный потенциал металла более положителен, чем
- 0,41 В, его ионы практически полностью восстанавливаются на катоде (например, ионы Cu2+, Ag+, Hg2+ и т.д.);
2)ионы металлов, потенциалы которых намного ниже - 0,41 В, на катоде не восстанавливаются. К ним относятся ионы щелочных, ще- лочно-земельных металлов, алюминия и других, стоящих в ряду стандартных электродных потенциалов левее алюминия. В этом случае на
катоде идет восстановление воды с выделением газообразного водо-
рода по уравнению 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-.
Накапливаются ионы OH-, среда становится щелочной. Потенциал восстановления водорода в щелочной среде равен - 0,83В.
φ= φ° + 0,059 lg[H+] = 0 - 0,059 14 = - 0,83 В;
3)ионы металлов, потенциалы которые относительно мало отличаются от потенциала - 0,83 В. На катоде одновременно восстанавливаются ионы металла и вода до образования водорода. К ним относятся ионы металлов, находящихся в ряду стандартных электродных потенциалов между алюминием и водородом.
Анодные процессы протекают на инертном и активном анодах. Инертным называется анод, материал которого не претерпевает окисления при электролизе. В качестве материалов для инертных анодов применяют графит, уголь, платину. Активным называется анод, материал которого может окисляться при электролизе.
На инертном аноде при электролизе кислородсодержащих кислот, их солей, а также фтороводородной кислоты и ее солей происходит
электрохимическое окисление воды с выделением кислорода. Уравнение имеет вид 2H2O - 4e- → O2 + 4H+.
50